今天15點(diǎn)40分，“天宮課堂”準(zhǔn)時(shí)開課。
隨著一顆旋轉(zhuǎn)的陀螺，鏡頭轉(zhuǎn)入了中國空間站。隨后，神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富組成的“授課小組”不僅對在軌工作場景進(jìn)行了介紹，還在失重條件下為大家演示了多項(xiàng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)。這也是繼2013年首次太空授課活動后，“太空班”再次開課。
上課啦上課啦！丨央視新聞
對于很多科學(xué)知識而言，我們通過理論分析可以推測相關(guān)的現(xiàn)象。即使如此，當(dāng)直觀的展示如此真實(shí)地呈現(xiàn)在我們面前時(shí)，每個人仍然會被科學(xué)之美所震撼。
“天宮課堂”便向你與我揭開了宇宙之美中神秘的一角。
王亞平將一朵她和女兒在地球上做的小花折紙放在了水膜上，讓這朵花在太空中綻放丨央視新聞
回顧本次課堂，水真是刷滿了存在感：水膜、水球、充滿氣泡的水滴……水在空間站里變成仿佛擁有了魔法，成為了獨(dú)特的存在。航天員如何制作球形水？做完實(shí)驗(yàn)后又該如何清理它們呢？
“太空教師”王亞平從水袋里擠出了一些水，這些水自然而然地變成了球形，并懸浮在空中。
擠出的水變成了懸浮的水珠丨央視新聞
隨后，王亞平使用圓形支架在水袋取出了一張水膜，并放入了那朵與女兒一起制作的小紅花。小紅花在水膜上逐漸綻放。紙張的主要成分是纖維素，這種物質(zhì)相當(dāng)親水。當(dāng)紙片接觸到水時(shí)，毛細(xì)作用會使水快速地進(jìn)入紙張纖維的縫隙中，將紙浸濕。紙張纖維吸水膨脹，這會使折痕逐漸平展，制造“開花”的效果。
隨后，王亞平繼續(xù)向水膜中加水，讓它變成了一顆晶瑩剔透的水球。
在空間站環(huán)境下，不再受重力束縛的水總是會懸浮在空中，并形成圓圓的“水球”。即使輕輕擾動水球，它也依然會恢復(fù)球狀——這是因?yàn)樵诒砻鎻埩Φ淖饔孟?，水總是傾向于保持表面積最小的形態(tài)。
水在失重環(huán)境下聚成大水球，甚至還能當(dāng)透鏡 | 央視新聞
表面張力是由分子間作用力產(chǎn)生的，因此它的效果在失重環(huán)境下不受影響，而且還因?yàn)槿コ亓σ蛩囟雌饋砀黠@了。
我們可以這樣理解表面張力的產(chǎn)生：
在水的表面，水分子在內(nèi)外兩側(cè)受到了不同的分子間作用力：內(nèi)側(cè)的力來自其他的水分子，外側(cè)的力則來自空氣分子。空氣對水的作用力比水分子之間的作用力要小很多，因此表面的水分子就產(chǎn)生了向內(nèi)收縮的趨勢。
表面張力大小與液體的性質(zhì)有關(guān)，水分子之間存在較強(qiáng)的氫鍵作用，因此水擁有相當(dāng)大的表面張力。
本次實(shí)驗(yàn)中，航天員們制作了一個“空心水球” | 央視新聞
失重狀態(tài)下的“球形水”非常引人注目，不過觀察這種現(xiàn)象也不是必須飛到太空。其實(shí)，我們身邊就有許多因?yàn)槭е刈兂汕蛐蔚乃?，比如從水龍頭滴下的水滴，或者從天而降的雨水（當(dāng)然，受空氣阻力影響，下落的水滴其實(shí)底面會變得有些平）。
在地球上，自由下落的水滴同樣也會變成球形 | Chris 73/Wikipedia
展示完球形水后，王亞平將水球染成了藍(lán)色，并向其中投入了半顆泡騰片。泡騰片迅速產(chǎn)生了大量的氣泡，但神奇的是，這些氣泡并沒有溢出，而是讓水球變成了氣泡球。
這是因?yàn)?，和表面張力不同，浮力是依賴重力的作用力。因此到了失重環(huán)境中，浮力就會“失效”：水中的氣泡不再浮上表面，而是長時(shí)間呆在水的內(nèi)部，很難消散。如果在失重“水球”中吹一些氣，或者放進(jìn)泡騰片，都能很好地觀察到這種現(xiàn)象。
在水球中加入染料和泡騰片|央視新聞
這顆藍(lán)色的氣泡球就宛如我們美麗的地球，我們只有在太空中才能一睹它的全貌。而這或許就是我們向往太空的原因之一。
在太空玩水球是非常直觀的實(shí)驗(yàn)演示，但做完實(shí)驗(yàn)認(rèn)真收拾也很重要——畢竟，任由水滴四處飄散有可能會導(dǎo)致設(shè)備損壞。
在本次太空課堂里，航天員在將水膜上的紙花收起來時(shí)，使用了紙巾將紙花包裹住。其實(shí)在失重狀態(tài)下，太空中的水滴是可以被紙巾或毛巾迅速吸收的。這是因?yàn)椋砦蕾嚨拿?xì)作用也是來源于分子間作用力，因此效果不會受到失重的影響。
不過，親水的毛巾與水之間有較強(qiáng)的分子間作用力，在缺少重力的環(huán)境下想要把水再擰出來就比較困難了……
缺少了重力作用，擰毛巾就比較困難了 | Canadian Space Agency
在失重環(huán)境下，毛細(xì)作用還應(yīng)用到了意想不到的地方：有人利用它設(shè)計(jì)了一款適合太空的咖啡杯。這種杯子不再是圓柱形，而是形成了一個窄窄的尖角，液體可以在這里通過毛細(xì)現(xiàn)象自發(fā)地爬升到杯口，這樣即使沒有重力也能方便地喝到咖啡，而且不會讓液體四處亂跑。
這次的太空課堂有趣而生動，但這也只是探索深空過程中的一聲弦外之音，正如王亞平在實(shí)驗(yàn)演示結(jié)束時(shí)說的那樣：
“地球，是我們?nèi)祟愒谟钪嬷械膿u籃。但是人類不可能永遠(yuǎn)生活在搖籃里。如今，我們已經(jīng)擁有了自己的空間站。相信未來，中國人的腳步一定會踏入月球、火星和更遠(yuǎn)深空。”
本文來自微信公眾號 “果殼”（ID：Guokr42），作者：窗敲雨，編輯：Luna、Owl，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。
